- Transmissió HVDC: una autopista d’electricitat cap a la nova era de les renovables
- Tecnologia de convertidors de subministrament de tensió (VSC) en sistemes de transmissió HVDC
- Avanços en infraestructures Ultra HVDC (UHVDC) destacades per a la transmissió d’energia renovable
La necessitat d’un sistema de transmissió d’electricitat eficient i flexible s’ha deixat constància a les economies industrialitzades actuals. Hi ha una sèrie d’opcions disponibles per als responsables polítics i les entitats comercials, amb sistemes de transmissió de corrent continu d’alta tensió (HVDC) emergents com un mecanisme factible de gestió de l’energia.
El desenvolupament de la tecnologia HVDC anuncia un canvi marítim en la manera de transmetre l’electricitat a llargues distàncies, ja que ofereix avantatges múltiples respecte als sistemes de transmissió de corrent altern (CA). Els sistemes de transmissió HVDC ofereixen avantatges en termes de reduccions d’emissions i estalvi de costos, quan s’implementen aèria per a llargues distàncies i subterrània o submarina per a distàncies curtes.
En oferir la màxima eficiència transitòria i pèrdues d’energia més baixes, independentment de la distància que recorrii l’electricitat, els sistemes de transmissió HVDC estan creant un potencial significatiu per a la transmissió d’energia a llargues distàncies, com ara illes i fins i tot continents. Els avanços en tecnologies HVDC estan preparant un camí per als sistemes d’energia elèctrica renovables, cosa que significa perspectives futures positives del mercat del sistema de transmissió HVDC, que es va valorar en gairebé 7.400 milions de dòlars EUA el 2018.
Transmissió HVDC: una autopista d’electricitat cap a la nova era de les renovables
Els sistemes de transmissió HVDC estan sorgint com la roca base sobre la qual s’està desenvolupant i implementant el nou sistema energètic basat en fonts renovables. Els sistemes d’energies renovables, com ara els projectes d’energia solar i eòlica, solen ser molt volàtils i es troben en zones remotes. La tecnologia HVDC en constant evolució guanya terreny en la nova economia energètica amb línies de transmissió HVDC de llarg recorregut que poden transportar energia amb la màxima eficiència i pèrdues mínimes de potència.
Les línies HVDC s’estan convertint en les “autopistes elèctriques”, que agilitzen el futur dels sistemes de generació d’energia renovable de tres maneres: interconnectant centrals existents, desenvolupant noves centrals solars i integrant projectes d’energia eòlica marina. Els semiconductors de potència, els cables d’alta tensió i els convertidors es troben entre els components clau de la tecnologia HVDC, que aporten característiques distintives al modern sistema de transmissió de corrent continu (CC).
Les necessitats de construcció de noves centrals elèctriques es poden diferir amb el desplegament de sistemes de transmissió HVDC, ja que interconnecta diferents sistemes d’energia per funcionar de manera més eficient. El nou sistema d’energia pot aconseguir majors guanys econòmics i mediambientals derivats de grans recursos hidroelèctrics, que substitueixen els sistemes de generació tèrmica en sistemes d’energia tradicionals mitjançant línies de transmissió HVDC.
La transmissió HVDC s’ha convertit en autopista de potència per a la integració a gran escala de recursos d’energia renovable per oferir xarxes interconnectades, prou fiables i flexibles per fer front als reptes de la nova economia d’energies renovables. Les xarxes de transmissió HVDC permeten l’equilibri de càrrega entre autopistes d’alimentació HVDC i el compartiment de línies i estacions convertidores en projectes solars i centrals eòliques marines. Per tant, el desplegament de sistemes de transmissió HVDC es considera una forma econòmicament viable de proporcionar redundància i fiabilitat en aquestes xarxes d'energia.
A més, els sistemes de transmissió HVDC també ofereixen solucions factibles als desafiaments existents en el dret de pas. Un sistema de transmissió HVDC desplegat a sobre pot demostrar ser més fiable que una línia de transmissió de CA de doble circuit. Una infraestructura HVDC pot millorar l’eficiència transitòria de l’electricitat mitjançant l’ús de cables HVDC aïllats en aplicacions subterrànies i submarines, que poden accelerar els processos de permís de pas de pas. A més, els sistemes de transmissió HVDC també es poden instal·lar al costat o en les línies de corrent altern existents, reduint les necessitats d’ús del terreny al dret de pas.
Tecnologia de convertidors de subministrament de tensió (VSC) en sistemes de transmissió HVDC
Els sistemes de transmissió HVDC fan servir convertidors de línia de commutació (LCC) de font de corrent, que requereixen energia reactiva de condensadors de sèrie, bancs de derivació o filtres per funcionar. No obstant això, un sistema de transmissió HVDC convencional no ofereix suport de tensió dinàmica a la xarxa de corrent altern i controla la tensió del sistema sota un rang acceptable, dins de la tolerància desitjada. En conseqüència, els convertidors de subministrament de tensió s’utilitzen en sistemes de transmissió HVDC convencionals, no només per proporcionar una regulació dinàmica de la tensió a la xarxa de corrent altern, sinó també per controlar el flux de potència del sistema.
Els sistemes de transmissió HVDC basats en la tecnologia VSC poden oferir un control independent tant de la potència activa com de la reactiva sense fallades en la commutació. El canvi de les vàlvules IGBT en la transmissió HVDC basada en VSC segueix una modulació d’amplada d’impulsos (PWM), que permet al sistema ajustar l’angle de fase i l’amplitud del voltatge de sortida de CA del convertidor amb voltatge continu CC.
A més, els sistemes de transmissió HVDC basats en VSC consten de dos sistemes de control i protecció independents, que inclouen processadors de senyal digital i microcontroladors, i ofereixen redundància per garantir una alta fiabilitat. Aquestes característiques s’atribueixen a la inclinació dels usuaris finals cap a la tecnologia VSC sobre la tecnologia LCC en sistemes de transmissió HVDC.
Els sistemes HVDC basats en VSC creixen en popularitat al mercat dels sistemes de transmissió HVDC, amb més del 55% de la quota d’ingressos del mercat. La tecnologia de transmissió basada en VSC ha arribat a la majoria d’edat per als sistemes de transmissió HVDC convencionals, tot i ser una opció relativament més costosa per a aplicacions de transmissió amb puntuació superior.
Les principals empreses del mercat dels sistemes de transmissió HVDC impulsen l’adopció de tecnologia VSC per millorar la fiabilitat de la transmissió HVDC en projectes d’energia renovable implementats a tot el món. Per exemple, Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation, un fabricant japonès líder de sistemes de generació d’energia, va anunciar la instal·lació d’un enllaç de transmissió HVDC basat en VSC que connecta la terra ferma japonesa (Honshu) amb l’illa nord de Hokkaido, el març del 2019. L’empresa va anunciar que aquest és el primer sistema HVDC basat en VSC del Japó que garanteix 600 MW de capacitat d’interconnexió en tot moment.
L’abril de 2019, el Grup ABB, una multinacional suïssa-sueca que opera en segments d’energia, equips elèctrics pesats i tecnologia d’automatització, va anunciar que va establir una empresa conjunta amb Hitachi, Ltd., una empresa multinacional japonesa de conglomerats, per lliurar VSC sistema de transmissió basat en HVSC per a la subestació Higashi-Shimizu al Japó. La companyia va anunciar que els sistemes de transmissió HVDC basats en VSC inclouran dos convertidors VSC (300.000 kW cadascun) i Hitachi construirà el sistema, que estarà format per transformadors de convertidors Hitachi i un convertidor HVDC ABB amb un sistema de control i protecció.
Avanços en infraestructures Ultra HVDC (UHVDC) destacades per a la transmissió d’energia renovable
El desenvolupament d’un sistema de transmissió UHVDC és un dels últims avenços en la tecnologia de transmissió HVDC, que permet una transmissió de voltatge continu d’almenys 800 kV; un sistema de transmissió HVDC convencional generalment utilitza tensions entre 100 kV a 600 kV. A mesura que la nova economia energètica mundial avança gradualment cap a les xarxes elèctriques a escala continental, és probable que els sistemes de transmissió UHVDC guanyin una importància immensa a tot el món.
Les regions desenvolupades es troben entre els mercats més favorables per als sistemes de transmissió UHVDC, ja que els països desenvolupats generen grans quantitats d’energia renovable. Amèrica del Nord i Europa es troben entre els mercats més grans de sistemes de transmissió de HVDC, ja que els òrgans de govern d’aquestes regions inverteixen molt en el desenvolupament d’infraestructures de HVDC per assolir els seus objectius climàtics.
El Regne Unit es troba entre els països europeus líders en implementar sistemes de transmissió HVDC. El Regne Unit comparteix enllaços HVDC amb diversos països veïns, inclosos Noruega, Irlanda, França i Holanda. A més, els Estats Units han impulsat les inversions en la generació d’energia neta i l’adopció de la transmissió HVDC augmenta a un ritme ràpid al país. La xarxa interestatal cada vegada en expansió de sistemes d’autopistes d’electricitat als Estats Units converteix Amèrica del Nord en el mercat més gran del sistema de transmissió HVDC, amb gairebé una quarta part dels ingressos del mercat global.
No obstant això, un nombre creixent d’economies emergents ha estat mostrant un creixement prometedor en la generació d’energia renovable amb el desenvolupament de centrals hidroelèctriques i projectes eòlics. Els països en desenvolupament acullen projectes d'energia solar i eòlica a gran escala i s'estan adoptant sistemes de transmissió UHVDC per satisfer la demanda d'energia cada vegada més gran d'aquests països.
La Xina es va convertir en un dels països líders del món a adoptar per primera vegada un sistema de transmissió UHVDC. El 2010, la primera línia de transmissió UHVDC del món va ser construïda pel Grup ABB entre Xangai i Xiangjiaba a la Xina, amb una potència nominal de 6,4 GW i una longitud total d’uns 1.907 km. El 2017, el país va invertir més de 400.000 milions de iuans (57.000 milions de dòlars EUA) per desenvolupar almenys 21 noves línies de transmissió UHVDC al país.
General Electric Company (GE), un conglomerat multinacional nord-americà, va posar en marxa la primera fase de 1.500 MW del sistema de transmissió de potència HVDC en dues fases a Chhattisgarh, Índia, el 2017. The Power Grid Corporation of India Limited - una companyia elèctrica de propietat estatal índia empresa - va invertir més de 6.300 milions de INR en el projecte. El Ministeri d'Energia va anunciar que la capacitat del projecte es va millorar encara més a 6.000 MW amb una inversió de més de 5.200 milions INR, el desembre del 2018. GE va anunciar que aquest va ser el primer projecte UHVDC de la companyia a l'Índia i al món, que és de 1.287 autopista d'energia de km amb una potència de transmissió de fins a 3.000 MW.
Amb l’adopció creixent de sistemes de transmissió UHVDC en economies emergents, com la Xina i l’Índia, la regió d’Àsia Pacífic (excepte Japó) s’està convertint en un mercat d’alt creixement per als sistemes de transmissió HVDC. Les tendències futures del sector de la transmissió i distribució d’electricitat (T&D) estan altament influïdes per la barreja de fonts d’energia renovables.
L’augment de les inversions en el sector T&D reforçarà la generació d’energia renovable en els propers anys. En conseqüència, això desencadenarà l'adopció global de sistemes de transmissió HVDC com a solució flexible i econòmica per gestionar nous reptes de generació d'energia i integrar fonts renovables en els propers anys.